宿主细胞对乙肝病毒复制的代谢应答研究

【摘要】乙肝病毒(HBV)慢性感染仍然危害着人类的健康,全球大约有3.5亿慢性乙型肝炎患者。长期的HBV慢性感染可以导致脂肪肝和肝纤维化,最后发展为肝细胞肝癌。目前,HBV感染导致疾病的相关病理机制还需要进一步研究,现有的抗病毒药物并不能完全治愈HBV感染。代谢是生命活动中生物化学过程的总称,而病毒在细胞内复制必然伴随着代谢的变化。因此,宿主细胞对HBV复制的代谢应答研究能够从代谢水平提供病毒与宿主细胞之间的相互作用信息,为研究HBV致病机理和感染治疗提供新的思路。本论文以含有HBV基因组的稳定肝肿瘤细胞系为研究对象,以期建立和完善基于核磁共振(NMR)的细胞代谢组分析方法及具有统计意义的多变量代谢组学数据分析方法；采用代谢组学、蛋白质组学以及分子生物学相结合的方法,研究HBV复制影响细胞代谢组的变化规律,发现与HBV复制相关的代谢物以及所受影响的代谢途径；阐明HBV复制导致的宿主细胞脂肪酸组成变化；深入探讨HBV复制与宿主细胞代谢改变之间的关系。本论文建立了基于NMR的细胞代谢组分析所用样品的制备方法；提出了细胞提取物样品数据的细胞重量归一化方法,并给出了具体的操作流程；完善了培养基提取物数据的细胞生长曲线下面积归一化方法。代谢组学分析表明HBV复制导致宿主细胞的代谢组发生了明显的变化,主要表现为中心碳代谢相关代谢物的含量明显上升；核苷酸合成途径中间产物的含量显著性上升,核苷酸降解途径中间产物的含量明显下降；胆碱含量明显降低,磷酸胆碱含量则显著性升高；己糖胺生物合成途径的末端产物UDP-N-乙酰基葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)和UDP-N-乙酰基半乳糖胺(UDP-GalNAc)的含量明显升高；与氧化应激相关的还原型谷胱甘肽含量显著性降低,同时伴随着α-酮酸含量的升高。GC-MS分析表明,HBV复制导致宿主细胞的脂肪酸组成发生了显著性改变。蛋白质组数据与文献报道结果进一步验证了代谢组数据分析所得结果。整合分析表明HBV可以通过调节相关酶的表达来调控宿主细胞的代谢,主要表现为宿主细胞的糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径代谢增强；宿主细胞的核苷酸合成代谢增强；HBV感染导致宿主细胞脂肪酸组成发生改变,必需脂肪酸含量显著性降低,总脂肪酸含量以及其它脂肪酸含量则明显升高。这些代谢变化可以为HBV的复制和表达提供物质基础和能量来源。本论文将代谢组数据与酶的转录水平分析相结合,发现HBV可以通过调控胆碱激酶A(CHKA)、磷酸胆碱磷酸化酶(PHOSPHO1)和胆碱磷酸胞苷酰转移酶A(PCYT1A)等的转录水平来促进宿主细胞磷脂酰胆碱的合成；发现HBV可以通过上调谷氨酰胺：6-磷酸果糖氨基转移酶1(GFAT1)的转录水平来促进己糖胺的生物合成；发现HBV复制消耗还原型谷胱甘肽(GSH),诱导氧化应激。这些代谢变化与炎症反应、脂肪肝和肿瘤发生密切相关。进一步研究发现,抑制GFAT1的活性或表达可以有效地抑制HBV的复制和表达；抑制CHKA的表达同样可以抑制HBV的复制。综上所述,本论文采用代谢组学、蛋白质组学与分子生物学相结合的方法,较为系统地研究了宿主细胞对HBV复制的代谢应答,为研究HBV的致病机理和感染治疗提供了新的见解和思路。
【作者】李洪德；
【导师】王玉兰；唐惠儒；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所），分析化学，2014，博士
【关键词】乙肝病毒；代谢组学；蛋白质组学；己糖胺；胆碱；

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